地下水系統(tǒng)對(duì)鄂爾多斯低阻油層成因的控制作用

申怡博

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)油氣資源的需求日益增加，常規(guī)油藏的開發(fā)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足發(fā)展需要。同時(shí)，隨著地球科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，油田勘探開發(fā)不斷深入，也為非常規(guī)油藏的開發(fā)提供了理論和技術(shù)支持。研究低電阻率油層，對(duì)油氣勘探開發(fā)具有重要現(xiàn)實(shí)價(jià)值和理論意義。

近年來，在鄂爾多斯盆地石油勘探開發(fā)不斷深入的過程中發(fā)現(xiàn)，其西緣的伊陜斜坡鹽定含油區(qū)中生界儲(chǔ)層內(nèi)廣泛發(fā)育低電阻率油層[1，2，3]。本文力求結(jié)合該地區(qū)的具體地質(zhì)情況，在現(xiàn)有常規(guī)勘探資料和研究成果的基礎(chǔ)上，精細(xì)分析并探討該地區(qū)地下水系統(tǒng)對(duì)低阻油層形成機(jī)制的影響。

1 束縛水飽和度對(duì)電阻率的影響

大量研究結(jié)果表明，本區(qū)儲(chǔ)層巖性具有泥質(zhì)含量高、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)[4，5，6]。由于巖性泥質(zhì)含量較高，泥質(zhì)的主要成分是粘土，粘土含量的增多不僅增加了顆粒表面積，堵塞了孔喉，同時(shí)粘土的特殊吸水膨脹特性也大大增加了泥質(zhì)砂巖儲(chǔ)層的含水量;孔隙結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，能夠被毛細(xì)管力控制的孔隙空間就越多，那么被毛細(xì)管力束縛在孔喉內(nèi)的含水量就會(huì)大大增加，從而增加了儲(chǔ)層中不動(dòng)水含量。這些都會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)層中導(dǎo)電能力增強(qiáng)、導(dǎo)電路徑增加，從而引起儲(chǔ)層電阻率大大降低[7，8]。

研究區(qū)儲(chǔ)層宏觀上是受到地層的非均質(zhì)性強(qiáng)等因素影響，微觀上則是受伊利石、高嶺石等粘土礦物含量較高等因素控制，導(dǎo)致了該地區(qū)儲(chǔ)集層普遍存在高束縛水飽和度的現(xiàn)象。高束縛水飽和度是導(dǎo)致油層電阻率降低的最主要原因，也是研究區(qū)形成相對(duì)低電阻率油層的主控因素之一。其本質(zhì)上是物性決定的孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜等因素所導(dǎo)致的高束縛水飽和度，而巖性則是導(dǎo)致物性差異的主導(dǎo)因素[9，10]。

A井取心分析樣品，正處于試油段內(nèi)，試油結(jié)論為油水同層。從孔隙吼道半徑分布直方圖可明顯看出孔隙度分布較廣(見圖1)，微孔與中等孔發(fā)育，可見其孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

又如B井取樣分析段正處于試油段內(nèi)，試油結(jié)論為油水同層。從孔隙吼道半徑分布直方圖可看到明顯的雙峰模式(見圖2)，反映其孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜。從該井的孔滲關(guān)系圖(見圖3)上也可以看出存在兩個(gè)明顯不同的孔滲關(guān)系。

圖1 A井(1837.5m)壓汞曲線及其孔吼分布特征

圖2 B井取芯壓汞試驗(yàn)分析報(bào)告

圖3 B井長2段巖心分析孔滲關(guān)系

如表1所示，通過相滲透率試驗(yàn)分析可以看出 A、B井為低阻油層，其束縛水飽和度普遍偏高;C井為常規(guī)油層，其束縛水含量明顯低于A、B井。由此可以看出，高束縛水飽和度使儲(chǔ)層導(dǎo)電性強(qiáng)，并產(chǎn)生電阻率低的現(xiàn)象。

2 地層水礦化度對(duì)電阻率的影響

測(cè)井解釋油水層的基礎(chǔ)和起點(diǎn)，就是求取地層水電阻率Rw，該參數(shù)則是受到地層水系統(tǒng)的控制[11，12]。地層水礦化度，直接決定了Rw值的大小。對(duì)于像研究區(qū)這樣一個(gè)地層水系統(tǒng)復(fù)雜的區(qū)域來說，如何認(rèn)識(shí)、求準(zhǔn)Rw是用常規(guī)阿爾奇公式解釋油水層的核心問題。

表1 研究區(qū)儲(chǔ)集層相滲分析結(jié)果

根據(jù)研究區(qū)試油試產(chǎn)井的結(jié)果普遍具有較高含水率，顯示出油水分異性差的特點(diǎn)。此時(shí)，地層水對(duì)電阻率的影響因素遠(yuǎn)強(qiáng)于石油對(duì)之的影響，這種具有較高含水率的產(chǎn)油層與水層的電阻率差異不明顯。在假定巖性條件和儲(chǔ)層物性基本相似的情況下，若地層水礦化度變化較大，就更加混淆了含油層和純水層之間電阻率的差異[13]。在研究區(qū)儲(chǔ)層具有較強(qiáng)非均質(zhì)性的條件下，油水層識(shí)別的復(fù)雜性進(jìn)一步加大。

研究區(qū)儲(chǔ)層地層水離子以 Na+(K+)和 Cl－為主，構(gòu)成第一鹽類。Ca2+、Mg2+、SO42－、CO32－則相對(duì)較少，構(gòu)成第二鹽類，未檢測(cè)到 Ba2+，HCO3－，見表 2。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)已知的地層水的總礦化度換算其地層水電阻率 Rw從0.03～0.15Ω·m不等，又由阿爾其公式可知:Sw=K·Rw1/n。根據(jù)對(duì)研究區(qū)的測(cè)算，本區(qū) n=1.0946，即，含水飽和度與地層水電阻率近似成正比。因此相同的Rt，其含水飽和度可能相差數(shù)倍，足以說明這種復(fù)雜的地層水礦化度對(duì)儲(chǔ)層電阻率產(chǎn)生的巨大影響。

3 巖石潤濕性對(duì)電阻率的影響

地層導(dǎo)電能力大小的最主要影響因素是地層流體的性質(zhì)。除了地層水含量與礦化度以外，其分布狀態(tài)也起到相當(dāng)大的作用[14]。儲(chǔ)層中的流體分布受到其巖石潤濕性的控制。由于親水的儲(chǔ)層中，水附著在孔隙的表面，不僅能提高束縛水飽和度，而且還可以形成可觀的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)[15]。因此，對(duì)于擁有相似孔隙度、孔隙結(jié)構(gòu)、地層水系統(tǒng)的地層，親水的儲(chǔ)層導(dǎo)電性要明顯強(qiáng)于親油的儲(chǔ)層。

根據(jù)對(duì)研究區(qū)目標(biāo)地層巖石潤濕性測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)(見表3)，發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律(見圖4):低阻儲(chǔ)層的巖石潤濕性均為偏親水或親水，未見偏親油的樣品;常規(guī)儲(chǔ)層則從偏親油到偏親水均有分布。常規(guī)儲(chǔ)層偏向親油方向的均為油水同層，而其親水性越強(qiáng)，含水率也有明顯的增大趨勢(shì)。低阻儲(chǔ)層也有類似特點(diǎn)，其親水性越明顯，含水率越高。整體而言，低阻儲(chǔ)層的巖石親水性要明顯強(qiáng)于常規(guī)儲(chǔ)層。

4 鉆井液侵入對(duì)電阻率的影響

據(jù)現(xiàn)有資料統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)鉆井液侵入特征大多為高阻侵入，即無論何種含油級(jí)別，其測(cè)井曲線均呈現(xiàn)八側(cè)向電阻率＞中感應(yīng)電阻率＞深感應(yīng)電阻率(見圖5)。

表2 研究區(qū)地層水分析結(jié)果

表3 研究區(qū)儲(chǔ)層巖石潤濕性實(shí)驗(yàn)

圖4 巖石潤濕性與復(fù)雜油水層的相對(duì)關(guān)系

經(jīng)及時(shí)與時(shí)間推移測(cè)井以及數(shù)值分析研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于含油飽和度相對(duì)較高的油水同層(見圖6)，只在鉆井液浸泡較短的時(shí)間內(nèi)才能測(cè)到雙感應(yīng)測(cè)井反映的低侵，由于探井從開鉆到測(cè)井時(shí)間較長，大多數(shù)雙感應(yīng)測(cè)井反映為高侵[16，17]。對(duì)于低含油飽和度的含油水層或水層(見圖7)，其油相滲透率低，隨鉆井液浸泡時(shí)間增加，在油層侵入帶內(nèi)造成低阻環(huán)帶推移消失的速度增快，探測(cè)較淺的中感應(yīng)很快受到推移的高阻侵入帶影響而升高，但深感應(yīng)測(cè)井增幅較小，增速較慢，出現(xiàn)雙感應(yīng)顯示為高侵。

圖6和圖7，代表了淡水鉆井液侵入不同含油飽和度的儲(chǔ)層時(shí)對(duì)感應(yīng)電阻率讀值的不同影響?？梢钥闯鲇退瑢訒r(shí)，感應(yīng)電阻率僅在較短時(shí)間內(nèi)表現(xiàn)為低阻侵入，之后都呈現(xiàn)出高阻侵入的特征。并且由此可以看出，深感應(yīng)電阻率已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于地層的真實(shí)情況，而且隨著時(shí)間的推移還有進(jìn)一步降低的趨勢(shì)。含油水層或水層時(shí)，感應(yīng)電阻率呈現(xiàn)出高阻侵入的特征，中感應(yīng)的增幅都要明顯高于深感應(yīng)。同時(shí)，深感應(yīng)電阻率高于地層的真實(shí)情況，而且隨著時(shí)間的推移還有進(jìn)一步增大的趨勢(shì)。綜合上述兩者的情況而論，由于油水同層的電阻率隨時(shí)間不斷降低，而水層電阻率不斷提高，其電阻增大率將越來越小，進(jìn)而形成低阻現(xiàn)象。

圖5 研究區(qū)鉆井液高阻侵入測(cè)井特征

圖6 油水同層的數(shù)值模擬淡水鉆井液侵入測(cè)井響應(yīng)特征[18]

圖7 含油水層或水層的數(shù)值模擬淡水鉆井液侵入測(cè)井響應(yīng)特征[18]

5 結(jié)語

鄂爾多斯西緣廣泛發(fā)育低電阻率油層的成因很大程度上受控于其地下水系統(tǒng)，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)高束縛水飽和度使儲(chǔ)層導(dǎo)電性變強(qiáng);(2)高地下水礦化度使地層水電阻率降低;(3)儲(chǔ)層巖石親水潤濕性形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò);(4)鉆井液侵入影響測(cè)井響應(yīng)。

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